Rev. Cient. Cien. Nat. Ambien. 8(2):81-86 Enero 2015 ISSN: 1390-8413 Pernía et al. • Detección de cadmio y plomo en leche de vaca comercializada en la ciudad de Guayaquil, Ecuador Detección de cadmio y plomo en leche de vaca comercializada en la ciudad de Guayaquil, Ecuador Cadmium and lead levels in cow´s milk marketed in the city of Guayaquil, Ecuador Beatriz Pernía1*, Mariuxi Mero2, Kenya Bravo3, Nelson Ramírez3, David López3, Jorge Muñoz3 & Fidel Egas4 1 2 Prometeo SENESCYT, Facultad de Ciencias Naturales, Universidad de Guayaquil, Guayaquil, Ecuador Instituto de Investigaciones de Recursos Naturales de la Facultad de Ciencias Naturales, Universidad de Guayaquil, Guayaquil, Ecuador 3 Facultad de Ciencias Naturales, Universidad de Guayaquil 4 Facultad de Economía, Universidad de Guayaquil, Ecuador Recibido 18 de septiembre 2014; recibido en forma revisada 24 de octubre 2014, aceptado 6 de noviembre 2014 Disponible en línea 5 de enero 2015 Resumen El cadmio (Cd) y el plomo (Pb) son metales pesados tóxicos capaces de generar enfermedades en humanos. El objetivo del presente trabajo fue detectar la posible presencia de Cd y Pb en leche de vaca ultrapasteurizada, pasteurizada y en polvo, comercializada en la ciudad de Guayaquil, Ecuador. Para ello, se muestrearon distintas presentaciones de leches de varias marcas: pasteurizadas (3 marcas), ultrapasteurizadas (8 marcas) y en polvo (5 marcas). Las muestras fueron digeridas con ácido nítrico: peróxido de hidrógeno y la concentración del metal pesado se detectó mediante un Espectrofotómetro de Absorción Atómica (Perkin-Elmer). En las leches líquidas y ultrapasteurizadas no se hallaron los metales pesados. Sin embargo en la leche en polvo, se detectó altas concentraciones de Pb (5,450±2,474 ppm) y Cd (0,333±0,176 ppm). Los valores de Pb están 272 veces por encima del valor máximo permitido para leche según el Codex alimentarius (0,02 ppm) y en el caso del Cd no existen valores máximos permisibles, por lo que se propone la generación de una norma de valor máximo para Cd en leche para el Ecuador. Palabras claves: cadmio, Ecuador, leche, plomo. Abstract The Cadmium (Cd) and lead (Pb) are toxic heavy metals able to cause diseases in humans. The aim of this study was to detect the presence of Cd and Pb in ultra-pasteurized, pasteurized and powdered cow milk marketed in the city of Guayaquil. For this purpose, different presentations and brands of milk were sampled: pasteurized (three brands), ultra-pasteurized (eight brands) and powdered milk (five brands). The samples were digested with nitric acid: hydrogen peroxide and the heavy metal concentration was detected using an Atomic Absorption Spectrophotometer (Perkin-Elmer). Heavy metals were not detected in liquid and ultra-pasteurized milk the. However, in powdered milk, high concentrations of Pb (5.450 ± 2.474 ppm) and Cd (0.333 ± 0.176 ppm) were detected. The Pb values are 272 times higher than the permitted maximum level for milk according to Codex Alimentarius (0.02 ppm). As a permitted maximum level of Cd for milk does not exist, the generation of a maximum allowed value is proposed in Ecuador. Keywords: cadmium, Ecuador, lead, milk. Introducción La leche de vaca es un alimento completo para el ser humano, ya que contiene proteínas, grasas, carbohidratos, vitaminas y minerales y se ha encontrado que ésta puede estar contaminada con bacterias, pesticidas y metales pesados (Magariños, 2000; Alais, 2003; FAO y OMS, 2007). Dentro de los metales pesados el cadmio (Cd) y el plomo (Pb) son unos de los más tóxicos. Se ha demostrado que el Cd es capaz de bioacumularse y bioamplificarse en la cadena alimenticia (Pernía et al., 2008). La exposición a Cd está asociada con * Correspondencia del autor: E-mail: beatrizpernia@gmail.com 2014 Facultad de Ciencias Naturales de la Universidad de Guayaquil. Este obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional 81 Rev. Cient. Cien. Nat. Ambien. 8(2):81-86 Enero 2015 Pernía et al. • Detección de cadmio y plomo en leche de vaca comercializada en la ciudad de Guayaquil, Ecuador un incremento en la incidencia de enfermedades renales (Åkesson, 2012), hipertensión (Gallagher & Meliker, 2010), anemia, osteoporosis (Järup & Alfvén, 2004), osteomalacia (WHO, 2010), diabetes (Schwartz et al., 2013), anosmia, rinitis crónica y eosinofilia (Henson & Chedrese, 2004). Además, ha sido considerado por la Agencia de Investigación en Cáncer (IARC, siglas del inglés Agency for Reseach on Cancer) como un compuesto cancerígeno, capaz de generar leucemia (Henson & Chedrese, 2004) cáncer de mama (McElroy et al., 2006), páncreas, pulmones (Henson & Chedrese, 2004) y próstata (Julin et al., 2012). por Cd y Pb en agua, suelos, alimentos, y en leche materna (IIRN, 2014). En leche materna se realizó un estudio en la ciudad de Guayaquil, donde se hallaron valores de 70±50,00 ppb de Cd, con valores máximos de 159 ppb proveniente de la leche de una madre en la ciudadela Kennedy en Guayaquil (IIRN, 2014). Es por ello, que el objetivo del presente trabajo fue detectar la posible presencia de Cd y Pb en leches de vaca comercializadas en la ciudad de Guayaquil. El uso generalizado del Pb en actividades humanas ha traído como consecuencia la contaminación del medio ambiente y graves problemas de salud pública (OMS, 2014). El Pb una vez ingerido, se distribuye en el organismo acumulándose en diversos tejidos: cerebro, hígado, riñones y huesos, generando 143.000 muertes al año y 600.000 casos de discapacidad intelectual en niños (OMS, 2014). Son numerosos los efectos del Pb en la salud humana, ya que inhibe la síntesis de hemoglobina, generando anemia (ATSDR, 2007; Counter et al., 2012) incrementa la presión sanguínea, genera daño renal (Batuman et al., 1981; Poma, 2008), perturbaciones en el sistema nervioso central (ATSDR, 2007) y cáncer de estómago y pulmones (Mushak, 2011). Además, los niños son muy sensibles al Pb, el cual genera retraso en el desarrollo mental e intelectual. Existen estudios que demuestran que el plomo disminuye el coeficiente intelectual (Poma, 2008). Además, en niños la exposición al plomo se ha asociado con ausentismo en las escuelas, menor rendimiento escolar (American Academy of Pediatrics Committee on Environmental Health, 1993), con agresividad y tendencia a la violencia (Needleman et al., 2002). Los posibles orígenes de la contaminación por Cd y Pb en leche son: contaminación de los alimentos y agua que ingiere la vaca, manipulación inapropiada durante el ordeño, almacenamiento y transporte de la leche (Magariños, 2000). Según González-Montaña (2009), la aplicación de fertilizantes, estiércol de ganado, agroquímicos y el riego con aguas contaminadas son actividades que contaminan los suelos agrícolas y de pastoreo, lo que trae como consecuencia la transferencia de los metales pesados a las plantas y de allí a las vacas y a la leche. Una vez que las vacas ingieren los metales pesados, una porción de estos pasa a la leche uniéndose a la grasa y a las proteínas como la caseína y las proteínas del suero (Magariños, 2000; Alais, 2003). En países como México, Egipto, Italia y Pakistán, se han hallado valores elevados de Cd y Pb en leche (Licata, 2004; Rodríguez et al., 2005; Enb et al., 2009; Kazi et al., 2009). Sin embargo, en Ecuador no existen publicaciones donde se registren los niveles de estos metales pesados en leche. Sumado a ello, en Ecuador existen evidencias de contaminación 82 Materiales y Métodos Para este estudio se colectaron muestras de leche de las 11 marcas más comercializadas en la ciudad de Guayaquil, 3 pasteurizadas (n=30), 8 ultrapasteurizadas (n=80) y 5 en polvo (n=50). Las leches se obtuvieron en tiendas departamentales y abastos, con fecha de caducidad vigente, condiciones de refrigeración apropiadas y sin detección de alteraciones sobre el color, aspecto y olor. De cada marca de leche según su presentación se procesaron 10 muestras provenientes de diferentes lotes, a fin de verificar si existía alguna diferencia. Las muestras fueron trasladadas al Instituto de Investigaciones de la Facultad de Ciencias Naturales de la Universidad de Guayaquil, donde fueron procesadas. Las leches fueron codificadas de L1 a L14 como se muestra en la Tabla 1, junto con los contenidos de proteínas, carbohidratos, grasas, calcio y sodio, reportados por el comerciante. Para la digestión de las muestras se utilizó la metodología validada por D’Ilio et al., (2008). A 10 mL de leche se añadieron 5 mL de ácido nítrico 65% (Merck) y 1 mL de peróxido de hidrógeno 40% (Merck), se realizó una digestión en calor, se filtró con papel Whatman N°40 y se ajustó a un volumen de 50 mL con agua bidestilada. La cuantificación de los metales se realizó por absorción atómica utilizando un espectrofotómetro de llama Perkin Elmer modelo AAnalyst100, según metodología interna del Instituto de Investigaciones de Recursos Naturales. Las muestras se leyeron a 228,8 nm para el Cd y 217,0 nm para el Pb, con un límite de detección de 0,002 ppm y 0,045 ppm, respectivamente. Para generar las curvas de calibración se utilizaron estándares comerciales de Cd y Pb (AccuStandar). Análisis estadísticos Los resultados se muestran como medias ± desviación estándar (n=10). Para determinar si existían diferencias estadísticamente significativas en la concentración de metales para las distintas marcas comerciales, se realizó una comparación de medias utilizando una prueba ANOVA de una vía, tomando p<0.05 como valor significativo y un test a posteriori de Tukey. Finalmente, para estudiar si existía una correlación entre las propiedades de la leche y los metales pesados se calcularon Coeficientes de Correlación de Pearson. Todas las pruebas se realizaron utilizando el Programa estadístico Minitab versión 17. Rev. Cient. Cien. Nat. Ambien. 8(2):81-86 Enero 2015 Pernía et al. • Detección de cadmio y plomo en leche de vaca comercializada en la ciudad de Guayaquil, Ecuador Tabla 1. Contenidos de proteínas, carbohidratos, grasas, calcio y sodio en 250 mL de leches enteras (reportadas por el comerciante) Código Tipo Proteínas (g) Carbohidratos Totales (g) Grasa total (g) Colesterol (mg) Grasa saturada (g) Calcio (%) L1 Ultrapasteurizada 8 10 8 34 5 25 80 L2 Ultrapasteurizada 6 10 6 23 3 28 130 L3 Ultrapasteurizada 8 13.74 8 NR NR 25 NR L4 Ultrapasteurizada 6 11 8 31 5 25 125 L5 Ultrapasteurizada 7 11 8 30 5 30 95 L6 Ultrapasteurizada 6 10 6.2 NR NR NR 125 L7 Pasteurizada 8 11 8 35 6 30 120 L8 Pasteurizada 4 8 5 13 4 13 180 L9 Pasteurizada 8 8 8 22 5 NR 230 L10 Polvo 5 14 8 28 4 44 95 L11 Polvo 8 12 8 24 5 30 95 L12 Polvo 6 14 8 26 5 34 110 L13 Polvo 6 18 6 11 2 50 105 L14 Polvo NR NR NR NR NR NR NR Sodio (mg) NR= no reportan Resultados Las muestras de leches comercializadas en la ciudad de Guayaquil fueron analizadas y no se detectaron metales pesados en las leches líquidas, ni en las ultrapasteurizadas, ni en las pasteurizadas (Tabla 2). Por el contrario, en las leches en polvo se obtuvieron altos niveles de Cd y Pb, en dos de las marcas estudiadas: L10 y L11 (Figura 1). Por otro lado, las leches en polvo L12, L13 y L14 no presentaron valores detectables de metales pesados. Tabla 2. Concentración de Cd y Pb en leches líquidas comercializadas en la Ciudad de Guayaquil (n=3). Código Tipo Cd (ppm) Pb (ppm) de 5,450±2,474 ppm de Pb y 0,333±0,176 ppm de Cd, llegando a valores máximos de 7,77 ppm de Pb y 0,46 ppm de Cd. La leche L11 presentó valores aparentemente menores a L10 de 2,350±1,051 ppm y 0,100±0,047 ppm, para Pb y Cd, respectivamente. Sin embargo, no se observaron diferencias estadísticamente significativas entre los valores de metales pesados para las marcas L10 y L11 (p>0,05). Es importante destacar que no todos los lotes de ambas leches presentaron Cd y Pb. En el caso de L10, 2 de 3 lotes presentaron contaminación con los metales pesados, mientras que para L11 solo 1 de 3 lotes. Con la finalidad de detectar si existía alguna correlación entre los contenidos de metales y pesados y los contenidos de proteínas, grasas y calcio, se realizó un análisis de correlación de Pearson, donde se observó correlación entre ambos metales pesados (r2 = 0,989) y entre estos y el calcio, Pb vs Ca (r2 = 0.748) y Cd vs Ca (r2 = 0.838). Lo que indica que probablemente a mayor concentración de Ca en la leche, mayor concentración de metales pesados. Por otro lado, no se observó correlación entre la concentración de los metales y los contenidos de proteína y grasas. L1 Ultrapasteurizada <0.002 <0.045 L2 Ultrapasteurizada <0.002 <0.045 L3 Ultrapasteurizada <0.002 <0.045 L4 Ultrapasteurizada <0.002 <0.045 L5 Ultrapasteurizada <0.002 <0.045 L6 Ultrapasteurizada <0.002 <0.045 L7 Pasteurizada <0.002 <0.045 Discusión L8 Pasteurizada <0.002 <0.045 L9 Pasteurizada <0.002 <0.045 Luego de realizar los análisis de las leches comercializadas en la ciudad de Guayaquil, se determinó que en las líquidas tanto pasteurizadas como ultrapasteurizadas, los niveles de metales pesados no fueron detectables. Por el contrario, se hallaron altas concentraciones de Cd y Pb en leches La leche en polvo L10 fue la que presentó los mayores valores de ambos metales (Figura 1), con un promedio 83 Rev. Cient. Cien. Nat. Ambien. 8(2):81-86 Enero 2015 Pernía et al. • Detección de cadmio y plomo en leche de vaca comercializada en la ciudad de Guayaquil, Ecuador Tabla 3. Análisis de correlación de Pearson entre el contenido de metales pesados en las leches en polvo y los contenidos de proteínas, carbohidratos, grasas, colesterol, calcio y sodio. Pb Cd Proteínas Carbohidratos Grasa total Colesterol Calcio Sodio Pb 1,000 0,989 -0,401 0,079 0,000 0,567 0,748 -0,824 Cd 0,989 1,000 -0,532 0,225 0,000 0,682 0,838 -0,731 Tabla 4.- Concentración máxima de Cd y Pb en ppm reportados para varios países y límites máximos permitidos (LMP) según el Codex Alimentarius, la Norma de la Unión Europea, la Norma Técnica Ecuatoriana NTE INEN 9:2012 y la Norma de Rumania. País Ecuador Egipto Italia México Pakistán LMP Codex Alimentarius LMP NTE INEN 9:2012 LMP Unión Europea LMP Rumania Valor máximo reportado de Cd (ppm) 0,46 0,11 0,02 0,29 0,06 0,01 Valor máximo reportado de Pb (ppm) 7,77 0,960 1,32 0,74 0,058 0,02 0,02 0,02 Referencia Presente trabajo Enb et al., 2009 Licata et al., 2004 Rodríguez et al., 2005 Kazi et al., 2009 FAO y OMS, 2007 NTE INEN 0009, 2012 González-Montaña, 2009 Figura 1. Valores de metales pesados en tres marcas de leche en polvo comercializadas en la ciudad de Guayaquil (L10, L11 y L12). A. Cd, B. Pb. Los resultados se muestran como medias±desviación estándar (n=3). Letras iguales señalan que no hay diferencias estadísticamente significativas entre las medias, según ANOVA de 1-vía (p<0.05) y test de Tukey. LMP: límite máximo permitido según el Codex Alimentarius (FAO y OMS, 2007). LMPR: límite máximo permitido según la Norma de Rumania. en polvo. Una posible explicación, es que en la leche líquida los metales se encuentran diluidos y a bajas concentraciones no logran ser detectados por el equipo. Otra posible explicación, es que las leches en polvo contienen aditivos tales como maltodextrina, azúcar, carbonato de calcio, pirofosfato de hierro y en algunos casos lecitina de soya, y de estos aditivos podría provenir la contaminación. Por otro lado, en el análisis de correlación, no se observó una correspondencia entre los valores de metales y los de proteínas y lípidos, que según Magariños (2000) es a los que se unen los metales pesados en la leche. Este hecho podría apoyar la hipótesis de que la contaminación podría estar asociada a los aditivos químicos añadidos a las leches o podría proceder de los tanques de transporte de la leche, ya que pudieran presentar soldaduras con Pb. Al comparar los valores de metales pesados con las con los límites máximos permitidos para leche de bovino, en normas internacionales de la Unión Europea, Rumania, el Codex Alimentarius (OMS/ FAO, 2007) y la Norma Técnica Ecuatoriana NTE INEN 84 9:2012, se observó que el Pb y el Cd se encuentran muy por encima de los valores máximos permitidos. Los valores de Pb están 272 veces por encima del valor máximo permitido (0,02 ppm) para leche según el Codex alimentarius y la Norma Técnica Ecuatoriana NTE INEN 9:2012 y en el caso del Cd ni en el Codex Alimentarius ni en las normas ecuatorianas existe un límite máximo. Sin embargo, las Normas de Rumania si consideran un valor máximo para Cd en leche de 0,01 ppm, lo que implica que los niveles de este metal están 33 veces por encima del límite permitido. Esta situación pone en riesgo a los consumidores, en especial a los niños, que podrían ser más afectados. Se ha documentado que el Pb en los niños afecta al sistema nervioso central, generando una disminución de las funciones cognitivas, en la atención y genera impulsividad e hiperactividad (Lassiter et al., 2015). Comparativamente, las concentraciones de metales halladas en leche, fueron muy superiores a las encontradas en otros países tales como Egipto, Italia, México y Pakistán (Tabla 4). Por lo que se recomienda realizar un estudio sobre el origen de la contaminación por Cd y Pb en la leche en Ecuador, i) analizando los Rev. Cient. Cien. Nat. Ambien. 8(2):81-86 Enero 2015 niveles de estos metales en el agua y alimento de las vacas, así como ii) realizar una inspección en los tanques de transporte de la leche, ya que pudieran presentar soldaduras con Pb, iii) realizar un análisis de metales a los aditivos de las leches en polvo iv) realizar monitoreos permanentes de los niveles de Pb y Cd en estiércol de ganado vacuno, fertilizantes, agroquímicos y aguas contaminadas, en relación con los suelos agrícolas y de pastoreo y, finalmente, v) hacer un estudio o seguimiento con datos estadísticos de la correlación de los consumidores de leche en polvo en Ecuador con las concentraciones de Pb y Cd en sus organismos versus las enfermedades relacionadas a las excesivas concentraciones de Pb y Cd. Si bien las cantidades de Cd que se acumulan en el cuerpo humano son pequeñas, al ser su eliminación del organismo muy lenta, deben restringirse la ingesta diaria para no llegar a valores tóxicos que afecten la salud de los seres humanos (FAO/WHO, 2000). Ni en el Codex Alimentarius (FAO y OMS, 2007), ni en la Norma Técnica Ecuatoriana NTE INEN 9:2012 existe un límite máximo para Cd. Dados los resultados obtenidos en el presente trabajo se sugiere a las autoridades de Salud generar un límite máximo para este metal pesado en leche en Ecuador. Conclusiones La concentración de metales pesados en leche líquida no fue detectable, pero los valores para leche en polvo, superan significativamente los límites máximos permisibles por las normas nacionales e internacionales, encontrándose valores superiores a los hallados en otros países. Agradecimientos Los autores agradecen al Dr. Humberto Díaz y al Biól. Xavier Cornejo por la revisión del manuscrito y al Programa Prometeo de SENESCYT por el financiamiento de los reactivos. Referencias Åkesson, A. 2012. Cadmium Exposure in the Environment: Renal Effects and the Benchmark Dose. Encyclopedia of Environmental Health, 465–473. Alais, C. 2003. Ciencia de la Leche: principios de técnica lechera (4ta Edición ed.). Barcelona: Editorial Reverté, S.A. American Academy of Pediatrics Committee on Environmental Health. 1993. Lead poisoning: from screening to primary prevention. Pediatrics, 9(2), 176-183. ATSDR. 2007. Case studies in environmental medicine. Lead toxicity. Atlanta: US Department of Health and Human Services. Batuman, V., Maesaka, J., Haddad, B., Tepper, E., Landy, E., & Wedeen, R. 1981. The role of lead in gout nephropathy . N Engl J Med, 304, 520-523. Counter, S., Buchanan, L., & Ortega, F. 2012. Association of hemoglobin levels and brainstem auditory evoked responses in lead-exposed children. 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